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화력발전소 운영 실시간 해석 가능해진다
FEP 융합연구단 , 발전소 운영 지원 소프트웨어 개발
2019년 05월 02일 (목) 박선호 기자 news@energykorea.co.kr
[에너지코리아 5월] 국가과학기술연구회가 지원하고 한국에너지기술연구원, 한국생산기 술연구원, 한국표준과학연구원, 한국기계연구원 등 우리나라 굴지의 연구소와 기업들이 참여해 협동연구를 수행해온 FEP융합연구단이 화력발전 보일러의 운영 상황을 실시간으로 해석할 수 있는 ‘발전플 랜트 운영 지원 소프트웨어 기술’을 독자적으로 개발했다. 시뮬레이 션의 비전문가들도 손쉽게 발전소 수치해석을 수행하고 그 결과를 활용할 수 있다. 강화된 대기오염배출허용기준 달성을 위해서 반드시 필요한 기술이다. 글 I 박선호

 

   
 

FEP ( Future Energy Plant) 융합연구단 ( 단장 한국에너지기술연구원 이재구 책임연구원 ) 은 온실가스 배출 저감 기술 개발을 위한 국가과 학기술연구회 미래선도형 융합 연구단 사업을 수행하는 기구로 , 주관 기관인 한국에너지기 술연구원과 한국생산기술연구원 , 한국표준과학연구원 , 한국기계연구원 , 이외 위탁기관 , 참여기업 등이 협동 연구를 수행 중이다 .

그동안 석탄 화력발전소는 저열량탄 사용의 확대 , 재생연료 이용을 위한 바이오매스 혼소 등 기존 설계와 다른 조건으 로 운전돼 많은 문제가 발생했다 . 최근 강화된 대기 오염배출허용기준 달성을 위 해서는 환경설비의 대대적 보완과 함께 보일러에서 배출되는 황산화물 , 질소산화물 등 2 차 미세먼지 발생원의 원천 저감이 필수며 이를 위해 발전소운영 기술이 점점 고도화 되고 있다 .

 

실시간 시뮬레이션 통한 최적 운영방안 제시

연구진은 시뮬레이션 기술을 바탕으로 다양한 연료 및운전조건에 대해 화력발전보일 러의 운영 상황을 실시간으로 해석하고 이를 발전소 운전에 적용할 수 있는 운영 지원 소프트웨어를 개발하는데 성공 했다 . 이 기술을 이용하면 시뮬레이션의 비전문가들도 손쉽게 발전소 수치해석을 수행하고 그 결과를 활용할 수 있다 .

화력발전소는 보일러 , 터빈 , 환경설비를 포함해 수많은 시스템으로 구성된 대규모 복합설비로 , 플랜트 전체를 해석 하기 위해 다양한 방법이 개발돼 왔다 . 최근 시뮬레이션 기술의 진보로 발전소 핵심설비인 보일러에 대한 3 차원 수치 해석을 활용한 운영 지원 사례가 크게 증가하고 있으나 , 3 차원 해석에는 많은 시간이 필요해 사후 대책 마련을 위한 용도로 주로 이용되어 왔으며 발전소 운전과 동시에 활용하는 것이 불가능했다 .

이를 해결하기 위해 연구 진은 1 차원 시뮬레이션을 통 해 보일러의 실시간 수치해석이 가능한 기술을 개발했다 . 1 차원으로 단순화된 수치해석의 정확성을 높이기 위해 FEP 융합연구단 실증 플랜트의 실험 결과와 발전사에서 제공한 운전결과를 모델개발에 활용하고 , 동일 조건에서 수행된 3 차원 수치해석 결과를 모델 개선과 검증에 이용했다 . 개발된 모델을 적용하면 다양한 운전 조건에서 실험결과 대비 10% 이내의 오차율을 갖는 수치해석을 실시간으로 진행할 수 있다 .

정확 한 수치해 석이 가 능하 다 하 더라도 발전소 운영 자가 이를 활용 하기 위해 서는 전문 적인 지식을 갖추 어야 하므로 이를 직접 이용하 기에 어려움이 있다 . 이를 극복 하기 위 해 FEP 융 합 연 구단 은 GUI(Graphical User Interface) 구축을 통해 사용 자에게 익숙한 환경에서 손쉽게 사용할 수 있는 소프트웨어 개발로 문제를 해결했다 .

 

초보자와 전문가 모드로 나눈 사용자 환경 제공

GUI 개발과정에서 남동발전 , 남부발전 등 실제 유동층 보일러를 운영 중인 주요 발전 사담당자의 의견을 반영했으며 초보자와 전문가 모드로 나눈 사용자 환경을 제공해 비전 문가와 전문가 모두 사용할 수있도록 했다 .

현재 연구진은 발전소 전체 공정해석 , 운영조건 변화에 따른 경제성 평가 모듈이 추가된 발전소 통합 운영 솔루션으로 소프트웨어를 확장함과 동시에 , 다양한 형태의 보일러에도 적용할 수 있도록 추가모델 개발을 진행하고 있다 .

FEP 융합연구단 이재구 단장은 “발전소의 문제를 시뮬레 이션을 통해 해결하기위한 다양한 시도가 진행됐지만 , 본연구에서와 같이 보일러 해석결과를 바탕으로 운영자가 실시간으로 운전조건의 영향을 평가할 수 있는 사례는 찾아보기 어렵다” 며 “현재 화력발전이 직면한 문제를 해결하며 발전분야에 4 차 산업혁명기술 적용을 위한 기반을 제공할 수있는 핵심기술을 확보했다는데큰 의의가 있다” 고 밝혔다 .

연구책임자인 이은도 수석 연구원은 “개발된 기술은 시범 적용을 통해 국내 화력발전소 에 우선 보급될 계획이며 , 보일러 및 발전소 설계에 활용을 위해 발전 플랜트 제작사들과 활발히 논의 중” 이라며 , “발전소 실시간 시뮬레이션은 발전소 내 다양한 사물인터넷 센서 에서 계측되는 빅데이터와 연계해 , 보다 확장된 형태로 이용이 가능하며 궁극적으로 발전 소의 4 차 산업혁명 적용에 중추적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다” 고 말했다 . 

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